单泵伺服液压运动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及液压机电系统，包括：液压伺服泵组、单向阀、第一至三换向阀、液压致动器和蓄能器。第一换向阀的进油口连接至液压伺服泵组，回油口连接至油箱；单向阀的输入口连接至第一换向阀的第二主油口；第二换向阀的进油口连接至单向阀的输出口，回油口连接至油箱；液压致动器一油口连接至第一换向阀的第一主油口，另一油口连接至第二换向阀的第二主油口；其中，蓄能器通过第二和三换向阀连接至液压致动器。所述系统的控制方法包括：使目标给定位置量减去位置反馈量后，再依次经过伺服泵控制模块和液压致动控制模块后则输出位置控制结果，其中位置反馈来自液压致动控制模块的输出。本发明专利技术能实现精密位置随动控制，且成本低、节能、耐用可靠。耐用可靠。耐用可靠。

【技术实现步骤摘要】
单泵伺服液压运动系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于工业电气自动化领域，提供了液压传动技术中的精密位置控制技术的实现方案，尤其涉及单泵伺服液压运动系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]液压传动是工业中应用广泛的技术，力量大、可靠性好、动作平顺，尤其适合直线运动设备和重型设备，如压力机、锻打机、挤出机、开合模具装置等等。
[0003]很多直线运动的设备不但需要力量和速度调整，对位置的精度也有工艺要求。在液压传动系统中，一般的位置控制是通过流量阀或直接泵控来实现，其在接近目标位置时降低速度，到达目标位置后切断液压回路实现比较精确的位置控制。但这种方法只适合已确定目标位置的单方向的定点控制，而对于目标位置动态改变且正反方向任意改变的位置随动控制却不适合。
[0004]传统的阀控技术也能实现对液压缸的位置随动控制，但要采用伺服流量阀，同时动态调整液压缸活塞两边的压力，使活塞两侧的压力差作用在活塞和连杆上，改变和调整其运动方向及加速度，从而实现活塞杆的位置控制。但这种控制本质上是由液压缸两侧的压力溢流阀来实施，其能量损耗非常大，而且伺服流量阀非常昂贵，容易磨损，对液压油品质温度都有要求，而且该技术基本只适合等截面积油缸。

技术实现思路

[0005]本专利技术在先进的伺服泵控技术的基础上，提供机电液混合系统及其控制方案，同样可以实现精密的位置随动控制，且拥有成本低、节约能源、耐用可靠等优点，且至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0006]本专利技术的技术方案涉及一种液压机电系统，包括：液压伺服泵组，所述液压伺服泵组具有伺服电机以驱动油泵从油箱输送油液；第一换向阀，所述第一换向阀具有第一主油口、第二主油口、进油口和回油口，所述第一换向阀的进油口连接至所述液压伺服泵组，所述第一换向阀的回油口连接至油箱；单向阀，所述单向阀具有输入口和输出口，在单向阀内限制油液从输入口向输出口传递，所述单向阀的输入口连接至所述第一换向阀的第二主油口；第二换向阀，所述第二换向阀具有第一主油口、第二主油口、进油口和回油口，所述第二换向阀的进油口连接至所述单向阀的输出口，所述第二换向阀的回油口连接至油箱；液压致动器，所述液压致动器具有缸体、第一油口、第二油口和设置在第一油口与第二油口之间的位于缸体内的活塞，其中，所述液压致动器的第一油口连接至所述第一换向阀的第一主油口，所述液压致动器的第二油口连接至所述第二换向阀的第二主油口；第三换向阀，所述第三换向阀具有第一端口和第二端口，在第三换向阀关闭时第一端口和第二端口之间截止，在第三换向阀打开时第一端口和第二端口之间保持连通，其中，所述第三换向阀的第一端口连接至所述单向阀的输出口；蓄能器，所述蓄能器连接至所述第三换向阀的第二端口。
[0007]进一步，所述第一换向阀包括第一一通位、第一截止位和第一二通位，在第一换向
阀中，在第一一通位时第一主油口与进油口连通并且第二主油口与回油口连通，在第一截止位时第一主油口与进油口截止并且第一主油口和第二主油口都与回油口连通，在第一二通位时第一主油口与回油口连通并且第二主油口与进油口连通；所述第二换向阀包括第二一通位、第二截止位和第二二通位，在第二换向阀中，在第二一通位时第一主油口与进油口连通并且第二主油口与回油口连通，在第二截止位时第一主油口与进油口截止并且第二主油口与回油口截止，在第二二通位时第一主油口与回油口连通并且第二主油口与进油口连通。
[0008]进一步，所述的液压机电系统包括：压力溢流阀，所述压力溢流阀的输入端与所述蓄能器连接，所述压力溢流阀的输出端连接至油箱。
[0009]进一步，所述液压致动器包括：与活塞连接的活塞杆；以及连接至所述活塞杆的位移传感器，用于采集所述活塞杆的位置信息。
[0010]进一步，所述液压伺服泵组的电机以单方向转动工作的方式驱动单个油泵工作。
[0011]本专利技术的技术方案还涉及一种液压伺服控制方法，用于控制上述的液压机电系统，所述方法包括以下步骤：
[0012]S10、切换第一换向阀以使液压致动器的第一油口连通至液压伺服泵组，切换第二换向阀且打开第三换向阀以使液压致动器的第二油口连通至蓄能器，并且通过位移传感器实时采集所述液压致动器的运动位置反馈量；
[0013]S20、将液压机电系统的液压致动器的给定位置输入量减去液压致动器的运动位置反馈量以作为输入误差量，使该输入误差量传递至液压伺服泵组的PID伺服控制环节后，再经过第一比例环节系数(K1)相乘以计算得到液压伺服泵组的输出流量作为液压致动器的第一油口流量；
[0014]S30、将计算的液压致动器的第一油口流量与压致动器的第二油口流量的差值传递至液压致动控制模块，经过积分环节得到流体体积后与弹性系数(K2)相乘以计算液压力，再将该液压力至少减去蓄能器引起的活塞压力，或进一步减去液压致动器内部的阻力，以获得压力差；
[0015]S40、将压力差乘以第二比例环节系数(K3)后经过积分环节以计算得到液压致动器的运动速度；
[0016]S50、将计算的液压致动器的运动速度经过积分环节以计算液压致动器的运动位置输出量。
[0017]进一步，在所述的方法中：通过液压致动器的运动速度和液压致动器的缸体的截面积系数(K5)相乘以计算得到液压致动器的第二油口流量；液压致动器内部的阻力包括缸体和活塞产生的粘滞力，该粘滞力是通过液压致动器的运动速度和缸体的粘滞系数(K4)相乘以计算得到；蓄能器引起的活塞压力是通过储能器的油液压强乘以缸体内的活塞截面积以计算得到。
[0018]本专利技术的技术方案还涉及另一种液压伺服控制方法，用于控制上述的液压机电系统，所述方法包括以下步骤：
[0019]S1、切换第一换向阀以使液压致动器的第一油口连通至液压伺服泵组，切换第二换向阀且打开第三换向阀以使液压致动器的第二油口连通至蓄能器，并且通过位移传感器实时采集所述液压致动器的运动位置反馈量；
[0020]S2、将液压机电系统的液压致动器的给定位置输入量减去液压致动器的运动位置反馈量以作为输入误差量，使该输入误差量传递至液压伺服泵组的PID伺服控制环节以计算得到伺服电机的转速；
[0021]S3、将伺服电机的转速经过液压致动控制模块以计算得到液压致动器的运动速度，所述液压致动控制模块的传递函数G(s)＝(K1/K5)/(1+T2·
s(1+T1·
s))，其中，T1＝1/(K3
·
K4)，T2＝K4/(K2
·
K5)，K1是第一比例环节系数，K2是液压致动器缸体的弹性系数，K3第二比例环节系数，K4是液压致动器缸体的粘滞系数，K5是液压致动器缸体的截面积系数；
[0022]S4、将计算的液压致动器的运动速度经过积分环节以计算液压致动器的运动位置输出量。
[0023]进一步，上述的任意方法，可以包括以下步骤：关闭第三换向阀，切换第一换向阀以位于第一一通位以使液压致动器的第一油口连通至液压伺服泵组，切换第二换向阀以位于第二二通位以使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液压机电系统，其特征在于，包括：液压伺服泵组(20)，所述液压伺服泵组(20)具有伺服电机以驱动油泵(21)从油箱(10)输送油液；第一换向阀(30)，所述第一换向阀(30)具有第一主油口、第二主油口、进油口和回油口，所述第一换向阀(30)的进油口连接至所述液压伺服泵组(20)，所述第一换向阀(30)的回油口连接至油箱(10)；单向阀(40)，所述单向阀(40)具有输入口和输出口，在单向阀(40)内限制油液从输入口向输出口传递，所述单向阀(40)的输入口连接至所述第一换向阀(30)的第二主油口；第二换向阀(50)，所述第二换向阀(50)具有第一主油口、第二主油口、进油口和回油口，所述第二换向阀(50)的进油口连接至所述单向阀(40)的输出口，所述第二换向阀(50)的回油口连接至油箱(10)；液压致动器(60)，所述液压致动器(60)具有缸体、第一油口、第二油口和设置在第一油口与第二油口之间的位于缸体内的活塞，其中，所述液压致动器(60)的第一油口连接至所述第一换向阀(30)的第一主油口，所述液压致动器(60)的第二油口连接至所述第二换向阀(50)的第二主油口；第三换向阀(90)，所述第三换向阀(90)具有第一端口和第二端口，在第三换向阀(90)关闭时第一端口和第二端口之间截止，在第三换向阀(90)打开时第一端口和第二端口之间保持连通，其中，所述第三换向阀(90)的第一端口连接至所述单向阀(40)的输出口；蓄能器(70)，所述蓄能器(70)连接至所述第三换向阀(90)的第二端口。2.根据权利要求1所述的液压机电系统，其特征在于：所述第一换向阀(30)包括第一一通位、第一截止位(32)和第一二通位，在第一换向阀(30)中，在第一一通位时第一主油口与进油口连通并且第二主油口与回油口连通，在第一截止位(32)时第一主油口与进油口截止并且第一主油口和第二主油口都与回油口连通，在第一二通位时第一主油口与回油口连通并且第二主油口与进油口连通；所述第二换向阀(50)包括第二一通位、第二截止位(52)和第二二通位，在第二换向阀(50)中，在第二一通位时第一主油口与进油口连通并且第二主油口与回油口连通，在第二截止位(52)时第一主油口与进油口截止并且第二主油口与回油口截止，在第二二通位时第一主油口与回油口连通并且第二主油口与进油口连通。3.根据权利要求1所述的液压机电系统，其特征在于，包括：压力溢流阀(80)，所述压力溢流阀(80)的输入端与所述蓄能器(70)连接，所述压力溢流阀(80)的输出端连接至油箱(10)。4.根据权利要求1所述的液压机电系统，其特征在于，所述液压致动器(60)包括：与活塞连接的活塞杆(63)；以及连接至所述活塞杆(63)的位移传感器(64)，用于采集所述活塞杆(63)的位置信息。5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的液压机电系统，其特征在于，所述液压伺服泵组(20)的电机以单方向转动工作的方式驱动单个油泵(21)工作。6.一种液压伺服控制方法，用于权利要求1至5中任一权利要求所述的液压机电系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S10、切换第一换向阀(30)以使液压致动器(60)的第一油口连通至液压伺服泵组(20)，
切换第二换向阀(50)且打开第三换向阀(90)以使液压致动器(60)的第二油口连通至蓄能器(70)，并且通过位移传感器(64)实时采集所述液压致动器(60)的运动位置反馈量；S20、将液压机电系统的液压致动器(60)的给定位置输入量减去液压致动器(60)的运动位置反馈量以作为输入误差量，使该输入误差量传递至液压伺服泵组(20)的PID伺服控制环节后，再经过第一比例环节系数(K1)相乘以计算得到液压伺服泵组(20)的输出流量作为液压致动器(60)的第一油口流量；S30、将...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓之伟，
申请(专利权)人：广东诺利华电气有限公司，
类型：发明
国别省市：